Evrenin ekstra boyutları varsa bu ne anlama gelir?

Aşina olduğumuz dördünün ötesindeki boyutlar, fizik ve kozmolojideki birçok sorunu çözebilir. Köşe yazarı Leah Vinç yüksek boyutlu bir evrenin nasıl olabileceğini ve böyle bir evrende yaşayıp yaşamadığımızı nasıl öğrenebileceğimizi araştırıyor

Kariyerimin şu ana kadarki en unutulmaz röportajlarından birinde, masamda, başım ellerimin arasında, telefonda bir fizikçiyle ekstra boyutlar hakkında konuşuyordum. Bütün bir boyutun küçük olmasının ne anlama geldiğini anlamaya çalışıyordum. Birkaç dakika ileri geri gittikten sonra, karşımda oturan meslektaşımın kahkahalarını zihinsel olarak bloke ederken, “Yine de jöleli şeker kadar küçük değil, değil mi?” dedim. Cevap? Aslında durum karmaşık.

Fizikte “ekstra” boyutlara belli bir düzenlilikle başvuruyoruz, ancak bunun gerçekte ne anlama geldiği hakkında çok nadiren konuşuyoruz. Her şeyin inanılmaz derecede küçük sicimlerden oluştuğunu ileri süren radikal fikirler dizisi olan sicim teorisinden söz edildiğinde sıklıkla devreye giriyorlar. Bu sicimler titreştikçe atom, elektron ve kuark olarak yorumladığımız etkileri üreteceklerdi. Sicim teorisi konusunda biraz temkinli olma eğilimindeyim, çünkü çoğunlukla içindeki fikirler zordan imkansıza ve pratik olarak test edilmeye kadar değişiyor ve bu da beni duraklatıyor. Ve bu kıvrılmış ipleri görüşümüzden gizlemek için ekstra boyutlara güveniyor ki bunu anlamak çok zor.

Elbette, hiciv gibi bir veya iki iyi bilinen açıklama var. Düz arazi 1884 tarihli kısa roman (Edwin Abbott tarafından “A Square” takma adıyla yazılmıştır) ve buna dayalı çok eğlenceli eğitici videolar. Bunlar büyük ölçüde alegori ve metafordur; yine de, kendi içlerindeki ek boyutlarla ilgili olmasalar bile, dörtle yaşamaya alışkın bir bakış açısıyla başka bir boyutla karşılaşmanın nasıl bir his olduğunu anlamanın bir yolunu sunarlar. Çoğu zaman, ekstra boyutların ne anlama geldiğini gerçekten araştırdığımızda, çok fazla el sallama olur, belki biraz kafa karışıklığı olur ve sonra yolumuza devam ederiz.

Ancak ekstra boyutlar, eğer gerçeklerse, fizik ve kozmolojideki bazı büyük problemleri yasal olarak çözebilir; bu yüzden onları anlamaya çalışmakta fayda var. Bu sorunlardan birinin klasik örneği, diğer temel kuvvetlerden çok daha zayıf olan yerçekimidir. Bunun nedenini bilmiyoruz ve bir miktar yerçekiminin ekstra boyutlara sızarak kendi algılanabilir evrenimizdeki etkilerini zayıflattığı öne sürüldü. Daha yakın zamanlarda, karanlık enerjinin zamanla zayıfladığını gösteren yeni ölçümleri açıklamak için benzer bir şey önerildi. Zamanla boyutu değişen ekstra boyutlar varsa, bu, bildiğimiz ve deneyimlediğimiz boyutlara (üç uzay ve bir zaman) damlayarak evrenin enerji dengesini değiştirecektir.

Ayrıca, ekstra boyutların var olup olmayacağı konusunda kafamda bazı sorular olsa da fikir ilginç.

Muhtemelen en kolay anlaşılan ekstra boyut türü, kullanılan türdür. Düz araziiki boyutlu bir dünyada yaşayan geometrik şekillerin hikayesi. Düz bir örtü üzerinde yaşarlar ve buz üzerinde kayan diskler gibi onun etrafında gezinirler. Düz perspektiflerinden bakıldığında diğer tüm şekilleri basit bir çizgi olarak görürler.

Ancak üç boyutu olan (mesela bir insan) Lovecraft tarzı ekstra boyutsal korku, onları yukarıdan veya aşağıdan görebilir; yalnızca bunların aslında çizgi değil de şekil olduğunu görmek için değil, aynı zamanda içlerinde ne varsa onu görmek için. 3 boyutlu bir dünyada yaşarken şekillerden birini düzleminden çıkarıp yan çevirebilirsiniz; diğer şekiller hala içeride kaldı Düz arazi kenarının sabit çizgisi yerine, kendi düzlemiyle kesişen, iç kısmının tuhaf bir kesitini görecekti.

Bunu üç uzay ve bir zaman boyutuyla gerçek dünyaya yansıtırsanız, daha da yüksek boyutlu bir korku içinizi görebilir ve hatta belki sizi tanıdık uzay-zamanınızdan kendi boyutuna çekip çıkarabilir. Eğer böyle olsaydı, geride kalanlarımız, bedeniniz hareket ettikçe gerçek beş boyutlu şeklinizin değişen bir kesitini görecekti.

Bu tür ekstra boyutun bir çeşidi, kendi evrenimizin yüksek boyutlu bir kozmosun kenarı, yani zarı olduğu fikri olan braneworld hipotezidir. İlk olarak 1999’da öne sürülen bu fikir, gerçekliğimizi sicim teorisinin kısıtlamalarına sokmanın çok az makul yolundan biri olarak geçtiğimiz birkaç yıl içinde göreceli olarak karanlıktan çıktı.

Bu fikrin bir versiyonunda, evrenimizi sınırlayan zar, hiperuzay adı verilen daha yüksek boyutlu bir uzay ile hiçbir şey arasındaki sınırdır. Bu bizi kozmik bir boşluğun tam sınırına yerleştirir. Uygun bir şekilde buna dünyanın sonu zarı denir. Aşina olduğumuz temel parçacıklar o zaman hiperuzayda yaşayan beş boyutlu sicimlerin en uçları olurdu, ama tıpkı bir üçgen gibi hiçbir zaman sicimin tamamını göremezdik. Düz arazi bir çizgiden daha karmaşık bir şekli asla göremezdik.

Bu bizi beş boyuta getiriyor, ancak çok daha fazlası olabilir ve bunların hepsinin braneworld’dekiler kadar geniş olması gerekmez. Aslında uzay benzeri bile olmayabilirler; Zamanın sadece ileri ve geri değil, yanlara doğru da akabileceğini hayal edin. (Bunun ayrıntılarına girmeyelim.) Ve bazı boyutlar jöle fasulyesi kadar küçük olabilir, hatta bundan çok daha küçük olabilir.

Boyutları, her biri daha büyük olanların içine yerleştirilmiş, yalnızca içinde yaşadığınız boyut sayısını (muhtemelen dört) ve onun içindekileri temsil eden bebeğe erişebileceğiniz bir dizi cam matruşka bebek olarak düşünebilirsiniz. Jöle fasulyesinin boyutları – fiziksel olarak küçük olan, daha küçük boyutlu olması açısından da küçük olmayan – camdaki kabarcıklar gibidir. Oldukça farklı görünebilirler ancak tıpkı matryoshka bebeklerinde olduğu gibi bu baloncuklardan biri bir alanı çevreliyor. Bu sadece küçük bir alan, bir tür cep evreni gibi.

Bu cep evrenine girebilir misin? Bir jöle fasulyesi kadar küçük olmadığınız veya bir foton kadar küçük olmadığınız sürece hayır, çünkü bu boyutların son derece küçük olduğu düşünülüyor. Bunun nedeni ise hiç görmemiş olmamız; eğer büyük olsalardı tespit edilmeleri çok daha kolay olurdu. Ancak küçük bir boyutu tespit etmek tamamen imkansız olmayacaktır. Cam matryoshka bebeklerinizin arasından bir ışık tuttuğunuzu düşünün. Herhangi bir kabarcık, ışıkta bozulmalara ve yansımalara neden olur. Gerçek bir ekstra boyut da benzer bir şey yapar.

Diyelim ki bir kütleçekim dalgası evrenimizdeki bu kabarcıklardan birinin içinden geçecek. Biraz çarpık bir şekille ortaya çıkar ve yeterince güçlü bir dedektörle bu bozulmayı ölçebiliriz. Yalnızca ekstra boyutlarda üretilebileceğini düşündüğümüz küçük kuantum etkileri ve egzotik parçacıkları içeren başka arama yolları da var.

Yerçekimi dalgası dedektörleri, parçacık çarpıştırıcıları ve hatta normal teleskoplardaki araştırmacılar bu ince ipuçlarını arıyorlar, ancak şu ana kadar hiçbiri bulunamadı. Bununla birlikte, ekstra boyutları aramanın mümkün olduğu gerçeği, sicim teorisinin test edilebilir tahminler yapma eğiliminde olmadığı yönündeki daha önceki açıklamamı zayıflatabilir. Eğer onları bulursak, bu benim sicim teorisi hakkındaki görüşlerimde ve tabii ki genel olarak evrene dair anlayışımızda radikal bir değişime işaret edebilir.